同期発電機の動作モード、発電機の動作特性

同期発電機を特徴付ける主な量は、端子電圧 U、充電 I、皮相電力 P (kVa)、ローター回転数 / 分 n、力率 cos φ です。

同期発電機の最も重要な特性は次のとおりです。

• アイドル特性、

• 外部特性、

• 調整特性。

同期発電機の無負荷特性

発電機の起電力は、励磁電流 iv によって生成される磁束 Ф の大きさと、発電機のローターの 1 分間あたりの回転数 n に比例します。

E = cnF、

ここで、s — 比例係数。

同期発電機の起電力の大きさはローターの回転数に依存しますが、起電力の周波数はローターの回転数に関係するため、ローターの回転数を変えることで調整することはできません。発電機のローターの回転数は一定に保たれなければなりません。

したがって、同期発電機の起電力の大きさを調整する唯一の方法が残ります。これは主磁束 F の変化です。後者は通常、励磁回路に導入された加減抵抗器を使用して励磁電流 iw を調整することによって達成されます。発電機の。この同期発電機と同軸にある直流発電機から励磁コイルに電流が供給される場合、直流発電機の端子電圧を変化させることにより同期発電機の励磁電流が調整される。

一定の公称回転子速度 (n = const) およびゼロに等しい負荷 (1 = 0) における同期発電機の起電力 E の励磁電流 iw への依存性は、発電機のアイドリング特性と呼ばれます。

図1に発電機の無負荷特性を示します。ここでは、電流 iv が 0 から ivm に増加するときに曲線の上昇分岐 1 が削除され、iv が ivm から iv = 0 に変化するときに曲線の下降分岐 2 が削除されます。

米。 1. 同期発電機のアイドル特性

上昇 1 分岐と下降 2 分岐の間の分岐は残留磁気によって説明されます。これらの分岐によって境界が定められる領域が大きくなるほど、磁化反転同期発電機の鋼鉄におけるエネルギー損失が大きくなります。

アイドル曲線の最初の直線部分における立ち上がりの急峻さは、同期発電機の磁気回路を特徴づけます。発電機のエアギャップ内のアンプターン流量が低いほど、他の条件下では発電機のアイドル特性が急峻になります。

発電機の外観特性

負荷がかかっている同期発電機の端子電圧は、発電機の起電力 E、固定子巻線の有効抵抗での電圧降下、散逸自己誘導起電力 Es による電圧降下、および負荷による電圧降下に依存します。アーマチュア反応。

散逸起電力 Es は散逸磁束 Fc に依存することが知られています。散逸磁束 Fc は発電機回転子の磁極を貫通しないため、発電機の磁化の程度は変化しません。発電機の散逸自己誘導起電力 Es は比較的小さいので実質的に無視できるため、発電機の起電力のうち散逸自己誘導起電力 Es を補償する部分は実質的にゼロとみなしてよい。 。

電機子の応答は、同期発電機の動作モード、特にその端子の電圧に顕著な影響を与えます。この影響の程度は、発電機の負荷の大きさだけでなく、負荷の性質にも依存します。

まず、発電機の負荷が純粋にアクティブである場合の同期発電機の電機子反作用の影響を考えてみましょう。この目的のために、図に示す動作中の同期発電機の回路の一部を取り上げます。 2、a.ここに示されているのは、電機子巻線上の 1 本のアクティブ ワイヤを備えたステーターの一部と、いくつかの磁極を備えたローターの一部です。

米。 2. 負荷時の電機子反作用の影響: a — 能動、b — 誘導性、c — 容量性の性質

問題の瞬間、ローターとともに反時計回りに回転する電磁石の 1 つの N 極が、ステーター巻線のアクティブなワイヤーの下を通過します。

このワイヤに誘起される起電力は、図面の平面の裏側で私たちに向けられます。また、発電機負荷は純粋にアクティブであるため、電機子巻線電流 ​​Iz は起電力と同位相になります。したがって、固定子巻線の能動導体では、図面の平面に向かって電流が流れます。

電磁石によって生成される磁力線は実線で示されており、電機子巻線電流によって生成される磁力線はここに示されています。 - 点線。

以下の図。図２のａは、電磁石のＮ極の上に位置する結果として生じる磁場の磁気誘導のベクトル図を示す。ここで、電磁石によって生成される主磁界である磁気誘導 V は半径方向を持ち、電機子巻線電流の磁界の磁気誘導 VI は右向きでベクトル V に垂直であることがわかります。

結果として生じる磁気誘導 切断は上と右に向けられます。これは、磁場の追加の結果として、基礎となる磁場の歪みが発生したことを意味します。北極の左側では多少弱まり、右側では少し増加しました。

発電機の誘導起電力の大きさが本質的に依存する、結果として生じる磁気誘導ベクトルの半径方向成分が変化していないことが容易にわかります。したがって、発電機の純粋な能動負荷の下での電機子反作用は、発電機の起電力の大きさに影響を与えません。これは、漏れ自己誘導起電力を無視した場合、純粋なアクティブ負荷での発電機の両端の電圧降下は、発電機のアクティブ抵抗の両端の電圧降下のみによるものであることを意味します。

ここで、同期発電機の負荷が純粋に誘導性であると仮定しましょう。この場合、電流 Az は起電力 E に対して角度 π / 2 遅れます。これは、最大電流が最大起電力よりも少し遅れて導体に現れることを意味します。したがって、電機子巻線に流れる電流が最大値に達すると、図に示すように、N 極 N はこの巻線の下になくなり、回転子の回転方向に少し移動します。 2、b.

この場合、電機子巻線の磁束の磁力線（点線）は、隣接する２つの対極Ｎ、Ｓを通って閉じられ、その磁極が作る発電機の主磁界の磁力線に向かう。これは、主磁路が歪むだけでなく、わずかに弱くなるという事実につながります。

図では。 2.6 は、磁気誘導のベクトル図を示しています。主磁場 B、電機子反作用による磁場 Vi、および結果として生じる磁場 Vres です。

ここで、結果として生じる磁場の磁気誘導の半径方向成分が、主磁場の磁気誘導 B よりも値 ΔV だけ小さくなっていることがわかります。したがって、誘導起電力も磁気誘導のラジアル成分によるものなので減少します。これは、他の条件が等しい場合、発電機の端子の電圧が純粋にアクティブな発電機の負荷の電圧よりも小さくなるということを意味します。

発電機に純粋な容量性負荷がある場合、発電機に流れる電流は起電力の位相よりも π / 2 だけ進みます... 発電機の電機子巻線のワイヤに流れる電流は、起電力よりも早く最大値に達します。したがって、アンカーの巻線のワイヤの電流 (図 2、c) が最大値に達しても、N の N 極は依然としてこのワイヤを収容できません。

この場合、電機子巻線の磁束の磁力線（点線）は、隣接する2つの対極NおよびSを通って閉じられ、発電機の主磁界の磁力線の経路に沿って方向付けられます。これは、発電機の主磁場が歪むだけでなく、ある程度増幅されるという事実につながります。

図では。図 2 の c は、磁気誘導のベクトル図を示しています。主磁場 V、電機子反作用による磁場 Vya、およびその結果生じる磁場 Bres です。結果として生じる磁場の磁気誘導の半径方向成分が、主磁場の磁気誘導 B よりも量 ΔB だけ大きくなっていることがわかります。したがって、発電機の誘導起電力も増加します。これは、他のすべての条件が同じである場合、発電機の端子の電圧が純粋な誘導性の発電機負荷の電圧よりも大きくなることを意味します。

異なる性質の負荷に対する同期発電機の起電力に対する電機子反作用の影響を確立した後、発電機の外部特性を明らかにします。同期発電機の外部特性は、一定の回転子速度 (n = const)、一定の励磁電流 (iv = const)、および力率の一定性 (cos φ =定数）。

図では。図３には、異なる性質の負荷に対する同期発電機の外部特性が示されている。曲線 1 は、有効負荷 (cos φ = 1.0) 下の外部特性を表します。この場合、負荷がアイドル状態から定格電圧に変化すると、発電機の端子電圧は無負荷の発電機電圧の 10 ～ 20% 以内に低下します。

曲線 2 は、抵抗誘導負荷 (cos φ = 0、8) での外部特性を表します。この場合、発電機の端子の電圧は、電機子反作用の減磁効果によりより速く低下します。発電機の負荷が無負荷から定格に変化すると、電圧は無負荷電圧の 20 ～ 30% 以内に低下します。

曲線 3 は、能動容量性負荷 (cos φ = 0.8) における同期発電機の外部特性を表しています。この場合、電機子反力の励磁作用により発電機端子電圧が若干上昇します。

米。 3. さまざまな負荷に対するオルタネーターの外部特性: 1 - アクティブ、2 - 誘導、3 - 容量

同期発電機の制御特性

同期発電機の制御特性は、発電機の端子の電圧の実効値が一定 (U = const)、回転子の回転数が一定である、負荷 I に対する発電機の界磁電流 i の依存性を表します。 1 分あたりの発電機の回転数 (n = const) と電力係数の定数 (cos φ = const)。

図では。図４には、同期発電機の３つの制御特性が示されている。曲線 1 は、有効荷重の場合を示します (φ = 1 であるため)。

米。 4. さまざまな負荷に対するオルタネータ制御特性: 1 - アクティブ、2 - 誘導、3 - 容量

ここでは、発電機の負荷 I が増加すると、励磁電流が増加することがわかります。これは、負荷 I が増加すると発電機の電機子巻線の有効抵抗での電圧降下が大きくなり、励磁電流 iv を増加して発電機の起電力 E を増加させる必要があるため、当然のことです。電圧を一定に保ちます U 。

曲線 2 は、cos φ = 0.8 での能動誘導負荷の場合を指します... この曲線は、電機子反力の消磁により、起電力 E の大きさが減少するため、曲線 1 よりも急峻に上昇します。発電機の端子の電圧 U。

曲線 3 は、cos φ = 0.8 での能動容量性負荷の場合を示しています。この曲線は、発電機の負荷が増加するにつれて、その端子間で一定の電圧を維持するために発電機に必要な励起電流 i が少なくなることを示しています。この場合、電機子反作用によって主磁束が増加し、したがって発電機の起電力とその端子の電圧の増加に寄与するため、このことは理解できます。